傳感器原理與應(yīng)用-概述

1、傳感器原理與應(yīng)用任課教師： 張國慶手機(jī)QQ: 244603995辦公室：明德樓824電子科技大學(xué)中山學(xué)院 2013本課程的性質(zhì)與要求 傳感器及應(yīng)用是一門專業(yè)必修課，是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門工程性、設(shè)計(jì)性要求較強(qiáng)的課程。本課程主要講述了傳感器的基本概念。它包括力、電、光、磁、輻射、位置和氣濕敏式傳感器的工作原理、測量電路和應(yīng)用舉例。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中任何控制決策均依賴于系統(tǒng)通過傳感器所獲得的信息，所以，檢測與轉(zhuǎn)換是自動(dòng)控制系統(tǒng)工程中一個(gè)非常重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。本課程的性質(zhì)與要求 傳感器及應(yīng)用是一門專業(yè)必修課，是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門工程性、設(shè)計(jì)性要求較強(qiáng)的

2、課程。本課程主要講述了傳感器的基本概念。它包括力、電、光、磁、輻射、位置和氣濕敏式傳感器的工作原理、測量電路和應(yīng)用舉例。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中任何控制決策均依賴于系統(tǒng)通過傳感器所獲得的信息，所以，檢測與轉(zhuǎn)換是自動(dòng)控制系統(tǒng)工程中一個(gè)非常重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。本課程的內(nèi)容與學(xué)時(shí)安排學(xué)習(xí)內(nèi)容及要求： 結(jié)合普通物理、電路原理、測量技術(shù)、電子技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)等有關(guān)課程知識(shí)，學(xué)習(xí)基本測量電路和主要的物理效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)、磁感效應(yīng)、壓電效應(yīng)、熱電效應(yīng)、光電效應(yīng)、霍爾效應(yīng)、磁阻效應(yīng)和光柵莫爾條紋放大原理，了解傳感器基本原理、結(jié)構(gòu)、特性等有關(guān)理論，掌握如何利用傳感器的原理和特性來應(yīng)用傳感器的方法以及針對被測物理量設(shè)計(jì)測量電路的

3、能力。學(xué)時(shí)安排：總學(xué)時(shí)數(shù)32,課內(nèi)講授16學(xué)時(shí), 實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)本課程的考核要求課程考核：平時(shí)成績 20%；包括平時(shí)作業(yè)，到課情況等考核項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)成績 20%分；期末考試成績 60%。第1章 緒論1.1 傳感器與現(xiàn)代測量系統(tǒng)1.2 傳感器的定義與組成1.3 傳感器的分類1.4 傳感器的基本特性1.5 傳感器的應(yīng)用與發(fā)展第1章 緒論1.1 傳感器與現(xiàn)代測量系統(tǒng)第1章 緒論1.1 傳感器與現(xiàn)代測量系統(tǒng) 傳感器技術(shù)與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成信息科學(xué)技術(shù)的三大支柱。 21世紀(jì)是人類全面進(jìn)入信息電子化的時(shí)代，隨著人類探知領(lǐng)域和空間的拓展，使得人們需要獲得的自然信息的種類日益增加，需要信息傳遞的速度加快，信息

4、處理能力增強(qiáng)，因此要求與此相對應(yīng)的信息獲取技術(shù)即傳感技術(shù)必須跟上信息化發(fā)展的需要。第1章 緒論1.1 傳感器與現(xiàn)代測量系統(tǒng)自動(dòng)檢測技術(shù)系統(tǒng)原理框圖第1章 緒論1.1 傳感器與現(xiàn)代測量系統(tǒng)第1章 緒論1.2 傳感器的定義與組成傳感器定義： 將被測非電量信號轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系電量輸出的器件或裝置叫做傳感器，也叫變換器、換能器或探測器。第1章 緒論1.2 傳感器的定義與組成傳感器的組成： 敏感元件輔助電路傳感元件 被測非電量 有用非電量有 用電 量信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路電 量第1章 緒論1.2 傳感器的定義與組成傳感器的組成： 敏感元件輔助電路傳感元件 被測非電量 有用非電量有 用電 量信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換

5、電路電 量敏感元件：直接感受被測非電量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與被測量有確定關(guān)系的其它量的元件。又稱變換器。能將敏感元件感受到的非電量直接轉(zhuǎn)換成電量的器件。能把傳感元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、處理、和控制的有用電信號的電路。第1章 緒論1按工作機(jī)理分類：根據(jù)物理和化學(xué)等學(xué)科的原理、規(guī)律和效應(yīng)進(jìn)行分類電阻應(yīng)變熱電偶壓電電容電感1.3 傳感器的分類第1章 緒論2 按被測量分類：根據(jù)輸入物理量的性質(zhì)進(jìn)行分類溫度位移壓力速度頻率1.3 傳感器的分類第1章 緒論3按敏感材料分類：根據(jù)制造傳感器所使用的材料進(jìn)行分類?？煞譃榘雽?dǎo)體傳感器、陶瓷傳感器等。4. 按能量的關(guān)系分類：根據(jù)能量觀點(diǎn)分類，可將傳感器

6、分為有源傳感器和無源傳感器兩大類。1.3 傳感器的分類第1章 緒論1.4 傳感器的基本特性 從系統(tǒng)角度看，一種傳感器就是一種系統(tǒng)。而一個(gè)系統(tǒng)總可以用一個(gè)數(shù)學(xué)方程式或函數(shù)來描述。即用某種方程式或函數(shù)表征傳感器的輸出和輸入的關(guān)系和特性，從而，用這種關(guān)系指導(dǎo)對傳感器的設(shè)計(jì)、制造、校正和使用。 通常從傳感器的靜態(tài)輸入-輸出關(guān)系和動(dòng)態(tài)輸入-輸出關(guān)系兩方面建立數(shù)學(xué)模型。 靜態(tài)模型是指在輸入信號不隨時(shí)間變化的情況下，描述傳感器的輸出與輸入量的一種函數(shù)關(guān)系。 如果不考慮蠕動(dòng)效應(yīng)和遲滯特性，傳感器的靜態(tài)模型一般可用多項(xiàng)式來表示：第1章 緒論1.4.1 傳感器的靜態(tài)模型傳感器的靜態(tài)模型有三種有用的特殊 形式：（1

7、） 理想的線性特性（2） 僅有偶次非線性項(xiàng)（3） 僅有奇次非線性項(xiàng)第1章 緒論（1） （2） （3）三種形式所呈現(xiàn)的非線性程度 三種特殊形式的特性曲線 第1章 緒論1.4 傳感器的基本特性1線性度：輸出量與輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線偏離直線的程度。又稱非線性誤差。可用下式表示:max輸出量與輸入量實(shí)際曲線與擬合直線之間的最大偏差yFS輸出滿量程值第1章 緒論2.靈敏度：在穩(wěn)態(tài)下輸出增量與輸入增量的比值： 對線性傳感器，其靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率：非線性傳感器靈敏度是一個(gè)變量，只能表示傳感器在某一工作點(diǎn)的靈敏度。 第1章 緒論3.重復(fù)性： 輸入量按同一方向作全程多次測試時(shí)，所得特性曲線不一致的

8、程度。 重復(fù)性yx0Rmax2Rmax1第1章 緒論4.遲滯（回差滯環(huán)）現(xiàn)象：表明傳感器在正向行程和反向行程期間，輸出-輸入特性曲線不重合的程度。H0 x yyFS xFS 遲滯特性第1章 緒論對于同一大小的輸入信號x，在x連續(xù)增大的行程中，對應(yīng)某一輸出量yi，與在x連續(xù)減小的行程中，對應(yīng)某一輸出量yd之間的差值叫滯環(huán)誤差，即所謂的遲滯現(xiàn)象。在整個(gè)測量范圍內(nèi)產(chǎn)生的最大滯環(huán)誤差用m表示，它與滿量程輸出值的比值稱最大滯環(huán)率：第1章 緒論5分辨率與閾值 ：傳感器在規(guī)定的范圍所能檢測輸入量的最小變化量。閾值是使傳感器的輸出端產(chǎn)生可測變化量的最小被測輸入量值，即零點(diǎn)附近的分辨力。6穩(wěn)定性：在室溫條件下，

9、經(jīng)過相當(dāng)長的時(shí)間間隔， 傳感器的輸出與起始標(biāo)定時(shí)的輸出之間的差異。第1章 緒論7漂移：在外界的干擾下，輸出量發(fā)生與輸入量無關(guān)的、不需要的變化。漂移包括零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移。零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移又可分為時(shí)間漂移和溫度漂移。時(shí)間漂移是指在規(guī)定的條件下，零點(diǎn)或靈敏度隨時(shí)間的緩慢變化。 溫度漂移為環(huán)境溫度變化而引起的零點(diǎn)或靈敏度漂移。第1章 緒論也可以由非線性誤差、遲滯誤差、重復(fù)性誤差這幾個(gè)單項(xiàng)誤差綜合而得，即8靜態(tài)誤差（精度） 靜態(tài)誤差是傳感器在其全量程內(nèi)任一點(diǎn)的輸出值與其理論輸出值的偏離程度。 求靜態(tài)誤差是把全部校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與擬合直線上對應(yīng)值的殘差看成是隨機(jī)分布，求出其標(biāo)準(zhǔn)偏差，取2或3值即為傳感器的

10、靜態(tài)誤差?；蛴孟鄬φ`差表示：第1章 緒論 動(dòng)態(tài)模型是指傳感器在準(zhǔn)動(dòng)態(tài)信號或動(dòng)態(tài)信號作用下，描述其輸出和輸入信號的一種數(shù)學(xué)關(guān)系。 動(dòng)態(tài)模型通常采用微分方程和傳遞函數(shù)描述。第1章 緒論1.4.2 傳感器的動(dòng)態(tài)模型 大多數(shù)傳感器都屬模擬系統(tǒng)之列。描述模擬系統(tǒng)的一般方法是采用微分方程。 在實(shí)際的模型建立過程中，一般采用線性常系數(shù)微分方程來描述輸出量 y和輸入量 x 的關(guān)系。第1章 緒論1. 微分方程如果y(t)在t0時(shí)， y(t) =0，則y(t) 的拉氏變換可定義為 2. 傳遞函數(shù) 式中s=+j，0。 對微分方程兩邊取拉氏變換，則得第1章 緒論定義輸出y(t)的拉氏變換Y(S)和輸入x(t)的拉氏變

11、換X(S)的比為該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)H(S)，則對y(t)進(jìn)行拉氏變換的初始條件是t0時(shí)， y(t)=0。對于傳感器被激勵(lì)之前所有的儲(chǔ)能元件如質(zhì)量塊、彈性元件、電氣元件等均符合上述的初始條件。第1章 緒論33對于多環(huán)節(jié)串、并聯(lián)組成的傳感器，若各環(huán)節(jié)阻抗匹配適當(dāng)，可忽略相互間的影響，傳感器的等效傳遞函數(shù)可按代數(shù)方式求得。顯然H(s)與輸入量x(t)無關(guān)，只與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。因而H(s)可以簡單而恰當(dāng)?shù)孛枋鰝鞲衅鬏敵雠c輸入的關(guān)系。第1章 緒論若傳感器由r個(gè)環(huán)節(jié)串聯(lián)而成 對于較為復(fù)雜的系統(tǒng)，可以將其看作是一些較為簡單系統(tǒng)的串聯(lián)與并聯(lián)。第1章 緒論若傳感器由p個(gè)環(huán)節(jié)并聯(lián)而成第1章 緒論 1） 零階系統(tǒng)

12、在方程式（2-8）中的系數(shù)除了a0、b0之外，其它的系數(shù)均為零，則微分方程就變成簡單的代數(shù)方程， 即 a0y(t)=b0 x(t) 通常將該代數(shù)方程寫成 y(t)=kx(t) 式中，k=b0/a0為傳感器的靜態(tài)靈敏度或放大系數(shù)。第1章 緒論 零階系統(tǒng)具有理想的動(dòng)態(tài)特性，無論被測量x(t)如何隨時(shí)間變化，零階系統(tǒng)的輸出都不會(huì)失真，其輸出在時(shí)間上也無任何滯后， 所以零階系統(tǒng)又稱為比例系統(tǒng)。 在工程應(yīng)用中，電位器式的電阻傳感器、變面積式的電容傳感器及利用靜態(tài)式壓力傳感器測量液位均可看作零階系統(tǒng)。 第1章 緒論 2） 一階系統(tǒng) 若在方程式（2-8）中的系數(shù)除了a0、a1與b0之外，其它的系數(shù)均為零，則

13、微分方程為 上式通常改寫成為 第1章 緒論 式中：傳感器的時(shí)間常數(shù)，=a1/a0； k傳感器的靜態(tài)靈敏度或放大系數(shù)，k=b0/a0。 時(shí)間常數(shù)具有時(shí)間的量綱，它反映傳感器的慣性的大小， 靜態(tài)靈敏度則說明其靜態(tài)特性。用方程式（2-10）描述其動(dòng)態(tài)特性的傳感器就稱為一階系統(tǒng)，一階系統(tǒng)又稱為慣性系統(tǒng)。 如前面提到的不帶套管熱電偶測溫系統(tǒng)、電路中常用的阻容濾波器等均可看作為一階系統(tǒng)。 第1章 緒論二階系統(tǒng)的微分方程通常改寫為 式中：k傳感器的靜態(tài)靈敏度或放大系數(shù)，k=b0/a0； 傳感器的阻尼系數(shù)， n傳感器的固有頻率， 第1章 緒論 根據(jù)二階微分方程特征方程根的性質(zhì)不同， 二階系統(tǒng)又可分為： 二階慣

14、性系統(tǒng)：其特點(diǎn)是特征方程的根為兩個(gè)負(fù)實(shí)根， 它相當(dāng)于兩個(gè)一階系統(tǒng)串聯(lián)。 二階振蕩系統(tǒng)：其特點(diǎn)是特征方程的根為一對帶負(fù)實(shí)部的共軛復(fù)根。 帶有套管的熱電偶、 電磁式的動(dòng)圈儀表及RLC振蕩電路等均可看作為二階系統(tǒng)。 第1章 緒論傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性 傳感器的動(dòng)態(tài)特性不僅與傳感器的“固有因素”有關(guān)，還與傳感器輸入量的變化形式有關(guān)。也就是說，同一個(gè)傳感器在不同形式的輸入信號作用下， 輸出量的變化是不同的， 通常選用幾種典型的輸入信號作為標(biāo)準(zhǔn)輸入信號， 研究傳感器的響應(yīng)特性。 1） 瞬態(tài)響應(yīng)特性 傳感器的瞬態(tài)響應(yīng)是時(shí)間響應(yīng)。在研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性時(shí)，有時(shí)需要從時(shí)域中對傳感器的響應(yīng)和過渡過程進(jìn)行分析， 這種

15、分析方法稱為時(shí)域分析法。傳感器在進(jìn)行時(shí)域分析時(shí)，用得比較多的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號有階躍信號和脈沖信號，傳感器的輸出瞬態(tài)響應(yīng)分別稱為階躍響應(yīng)和脈沖響應(yīng)。 第1章 緒論 (1) 一階傳感器的單位階躍響應(yīng) 一階傳感器的微分方程為 設(shè)傳感器的靜態(tài)靈敏度k=1， 寫出它的傳遞函數(shù)為 對初始狀態(tài)為零的傳感器，若輸入一個(gè)單位階躍信號，即 t0 t0 第1章 緒論輸入信號x(t)的拉氏變換為 一階傳感器的單位階躍響應(yīng)拉氏變換式為 對式(2-13)進(jìn)行拉氏反變換， 可得一階傳感器的單位階躍響應(yīng)信號為 第1章 緒論 相應(yīng)的響應(yīng)曲線如圖2-8所示。由圖可見，傳感器存在慣性， 它的輸出不能立即復(fù)現(xiàn)輸入信號，而是從零開始，按指

16、數(shù)規(guī)律上升， 最終達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。理論上傳感器的響應(yīng)只在t趨于無窮大時(shí)才達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，但通常認(rèn)為t=（34）時(shí)，如當(dāng)t=4時(shí)其輸出就可達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的98.2%，可以認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)態(tài)。所以， 一階傳感器的時(shí)間常數(shù)越小，響應(yīng)越快，響應(yīng)曲線越接近于輸入階躍曲線，即動(dòng)態(tài)誤差小。因此，值是一階傳感器重要的性能參數(shù)。 第1章 緒論一階傳感器單位階躍響應(yīng) 第1章 緒論(2） 二階傳感器的單位階躍響應(yīng) 設(shè)傳感器的靜態(tài)靈敏度k=1，其二階傳感器的傳遞函數(shù)為 傳感器輸出的拉氏變換為 第1章 緒論二階傳感器單位階躍響應(yīng) 第1章 緒論 上圖二階傳感器的單位階躍響應(yīng)曲線，二階傳感器對階躍信號的響應(yīng)在很大程度上取決于阻尼比和固有角

17、頻率n。 =0時(shí)，特征根為一對虛根，階躍響應(yīng)是一個(gè)等幅振蕩過程， 這種等幅振蕩狀態(tài)又稱為無阻尼狀態(tài)；1時(shí)， 特征根為兩個(gè)不同的負(fù)實(shí)根， 階躍響應(yīng)是一個(gè)不振蕩的衰減過程， 這種狀態(tài)又稱為過阻尼狀態(tài)；=1 時(shí)，特征根為兩個(gè)相同的負(fù)實(shí)根，階躍響應(yīng)也是一個(gè)不振蕩的衰減過程，但是它是一個(gè)由不振蕩衰減到振蕩衰減的臨界過程，故又稱為臨界阻尼狀態(tài)；01時(shí)， 特征根為一對共軛復(fù)根，階躍響應(yīng)是一個(gè)衰減振蕩過程，在這一過程中值不同，衰減快慢也不同，這種衰減振蕩狀態(tài)又稱為欠阻尼狀態(tài)。 第1章 緒論 阻尼比直接影響超調(diào)量和振蕩次數(shù)，為了獲得滿意的瞬態(tài)響應(yīng)特性，實(shí)際使用中常按稍欠阻尼調(diào)整，對于二階傳感器取=0.60.7之

18、間，則最大超調(diào)量不超過10%，趨于穩(wěn)態(tài)的調(diào)整時(shí)間也最短，約為（34）/()。固有頻率n由傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)決定，固有頻率n也即等幅振蕩的頻率，n越高，傳感器的響應(yīng)也越快。 第1章 緒論(3） 傳感器的時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)敘述如下： 時(shí)間常數(shù)：一階傳感器輸出上升到穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需的時(shí)間,稱為時(shí)間常數(shù)。 延遲時(shí)間td：傳感器輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的50%所需的時(shí)間。 上升時(shí)間tr：傳感器輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的90%所需的時(shí)間。 峰值時(shí)間tp： 二階傳感器輸出響應(yīng)曲線達(dá)到第一個(gè)峰值所需的時(shí)間。 超調(diào)量： 二階傳感器輸出超過穩(wěn)態(tài)值的最大值。 衰減比d：衰減振蕩的二階傳感器輸出響應(yīng)曲線第一個(gè)峰值與第

19、二個(gè)峰值之比。 第1章 緒論一階傳感器的時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 第1章 緒論二階傳感器的時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 第1章 緒論 2） 頻率響應(yīng)特性 傳感器對不同頻率成分的正弦輸入信號的響應(yīng)特性，稱為頻率響應(yīng)特性。一個(gè)傳感器輸入端有正弦信號作用時(shí)，其輸出響應(yīng)仍然是同頻率的正弦信號， 只是與輸入端正弦信號的幅值和相位不同。頻率響應(yīng)法是從傳感器的頻率特性出發(fā)研究傳感器的輸出與輸入的幅值比和兩者相位差的變化。 (1） 一階傳感器的頻率響應(yīng) 將一階傳感器傳遞函數(shù)式（2-12）中的s用j代替后，即可得如下的頻率特性表達(dá)式： 第1章 緒論幅頻特性: 相頻特性： 第1章 緒論 從式（2-18）、（2-19）和圖2-12可看

20、出，時(shí)間常數(shù)越小， 頻率響應(yīng)特性越好。當(dāng)1時(shí)， A（）1，（）0， 表明傳感器輸出與輸入成線性關(guān)系，且相位差也很小， 輸出y(t)比較真實(shí)地反映了輸入x(t)的變化規(guī)律。因此減小可改善傳感器的頻率特性。除了用時(shí)間常數(shù)表示一階傳感器的動(dòng)態(tài)特性外， 在頻率響應(yīng)中也用截止頻率來描述傳感器的動(dòng)態(tài)特性。所謂截止頻率，是指幅值比下降到零頻率幅值比的 倍時(shí)所對應(yīng)的頻率，截止頻率反映傳感器的響應(yīng)速度，截止頻率越高，傳感器的響應(yīng)越快。 對一階傳感器, 其截止頻率為1/。第1章 緒論一階傳感器頻率響應(yīng)特性 (a) 幅頻特性； (b) 相頻特性 第1章 緒論 (2） 二階傳感器的頻率響應(yīng) 由二階傳感器的傳遞函數(shù)式（

21、2-15）可寫出二階傳感器的頻率特性表達(dá)式， 即 其幅頻特性、 相頻特性分別為 第1章 緒論 相位角負(fù)值表示相位滯后。由式（2-21）及式（2-22）可畫出二階傳感器的幅頻特性曲線和相頻特性曲線，如圖2-13所示。 第1章 緒論二階傳感器頻率響應(yīng)特性曲線(a) 幅頻特性； (b) 相頻特性 第1章 緒論 從式（2-21）、（2-22）和圖2-13可見，傳感器的頻率響應(yīng)特性好壞主要取決于傳感器的固有頻率n和阻尼比。 當(dāng)時(shí)，A（）1，（）很小， 此時(shí)，傳感器的輸出y(t)再現(xiàn)了輸入x(t)的波形，通常固有頻率n至少應(yīng)為被測信號頻率的（35）倍， 即n（35）。 為了減小動(dòng)態(tài)誤差和擴(kuò)大頻率響應(yīng)范圍，

22、一般是提高傳感器固有頻率n， 而固有頻率n與傳感器運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量m和彈性敏感元件的剛度k有關(guān)， 即n =（k/m）1/2。 增大剛度k和減小質(zhì)量m都可提高固有頻率，但剛度k增加，會(huì)使傳感器靈敏度降低。 所以在實(shí)際中，應(yīng)綜合各種因素來確定傳感器的各個(gè)特征參數(shù)。 第1章 緒論 (3） 頻率響應(yīng)特性指標(biāo) 頻率響應(yīng)特性指標(biāo)敘述如下： 通頻帶0.707： 傳感器在對數(shù)幅頻特性曲線上幅值衰減3 dB時(shí)所對應(yīng)的頻率范圍，如圖2-14所示。 工作頻帶0.95（或0.90）：當(dāng)傳感器的幅值誤差為5%（或10%）時(shí)其增益保持在一定值內(nèi)的頻率范圍。 時(shí)間常數(shù)： 用時(shí)間常數(shù)來表征一階傳感器的動(dòng)態(tài)特性。越小，頻帶越寬。

23、固有頻率n： 二階傳感器的固有頻率n表征其動(dòng)態(tài)特性。 相位誤差：在工作頻帶范圍內(nèi)，傳感器的實(shí)際輸出與所希望的無失真輸出間的相位差值，即為相位誤差。 跟隨角0.707: 當(dāng)=0.707時(shí)，對應(yīng)于相頻特性上的相角， 即為跟隨角。 第1章 緒論傳感器的頻域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)第1章 緒論1. 動(dòng)態(tài)誤差在動(dòng)態(tài)的輸入信號情況下，輸出與輸入間的差異即為動(dòng)態(tài)誤差。 1.4.2 動(dòng)態(tài)特性 熱電偶測溫過程測試曲線動(dòng)態(tài)誤差TtTT0tt0例：用一只熱電偶測量某一容器的液體溫度T，若環(huán)境溫度為T0，把置于環(huán)境溫度之中的熱電偶立即放入容器中（若TT0)。第1章 緒論第1章 緒論1.5 傳感器的應(yīng)用與發(fā)展信息處理電信電話科技測

24、試設(shè)備控制交通控制輸電系統(tǒng)機(jī)床機(jī)器人家用電器照相機(jī)汽車飛機(jī)船舶氣象海洋環(huán)境污染醫(yī)療防火光能利用熱能利用土木建筑農(nóng)林機(jī)械能利用貨幣金融食品11155110103473659816127783431 3147111707693612621242014需要量第1章 緒論1.5 傳感器的應(yīng)用與發(fā)展液位傳感器光電傳感器位置傳感器食用油的自動(dòng)化生產(chǎn)線第1章 緒論1.5 傳感器的應(yīng)用與發(fā)展（a） 雷達(dá)波探測器 （b） 視頻探測器 （c） 音頻探測器 （d） 紅外熱成像生命探測儀 生命探測設(shè)備 在電力、冶金、石化、化工等流程工業(yè)中，生產(chǎn)線上設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)線流程。通常建立24小時(shí)在線監(jiān)測系統(tǒng)。 1、

25、自動(dòng)檢測與自動(dòng)控制系統(tǒng)石化企業(yè)輸油管道、儲(chǔ)油罐等壓力容器的破損和泄露檢測。在汽車、機(jī)床、電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等產(chǎn)品出廠時(shí)，必須對其性能質(zhì)量檢測。 圖示為汽車出廠檢驗(yàn)原理框圖，測量參數(shù)包括潤滑油溫度、冷卻水溫度、燃油壓力及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。通過對抽樣汽車的測試，工程師可以了解產(chǎn)品質(zhì)量。汽車扭距測量機(jī)床加工精度測量2、汽車與傳感器 高級轎車需要用傳感器對溫度、壓力、位置、距離、轉(zhuǎn)速、加速度、濕度、電磁、光電、振動(dòng)等進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的測量，一般需要301 00種傳感器。3、傳感器與家用電器自動(dòng)電飯鍋、吸塵器、空調(diào)器、電子熱水器、風(fēng)干器、電熨斗、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、照相機(jī)、電冰箱、電視機(jī)、錄像機(jī)、家庭影院等。全自

26、動(dòng)洗衣機(jī)中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質(zhì)傳感器，水溫傳感器，水質(zhì)傳感器，透光率光傳感器(洗凈度) 液位傳感器，電阻傳感器(衣物烘干檢測)。指紋傳感器透光率傳感器溫濕度傳感器溫度傳感器鼠標(biāo):光電位移傳感器攝象頭:CCD傳感器聲位筆:超聲波傳感器麥克風(fēng):電容傳聲器聲卡:A/D卡 + D/A卡軟驅(qū):速度,位置伺服PC機(jī)中的測試技術(shù)應(yīng)用樓宇控制與安全防護(hù)為使建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨的生活、工作環(huán)境，并能保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和管理的智能化。在樓宇中應(yīng)用了許多測試技術(shù)，如闖入監(jiān)測、空氣監(jiān)測、溫度監(jiān)測、電梯運(yùn)行狀況。 圖示為某公司樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為：電源管理、安全監(jiān)測、照明控制、空調(diào)控制、停

27、車管理、水/廢水管理和電梯監(jiān)控。煙霧傳感器亮度傳感器人體探測器機(jī)械手、機(jī)器人中的傳感器： 轉(zhuǎn)動(dòng)/移動(dòng)位置傳感器、力傳感器、視覺傳感器、聽覺傳感器、接近距離傳感器、觸覺傳感器、熱覺傳感器、嗅覺傳感器。 4、傳感器在機(jī)器人上的應(yīng)用密歇根大學(xué)的機(jī)械手裝配模型機(jī)器狗機(jī)器人服務(wù)員沙漠機(jī)器人AGV自動(dòng)送貨車 超聲波測距傳感器、判斷建筑物內(nèi)人和物所在位置；紅外線色彩傳感器運(yùn)動(dòng)軌跡和AGV小車位置識(shí)別；條形碼傳感器，貨品識(shí)別。香港理工AGV模型圖坦卡蒙的咒語:“不論是誰騷擾了法老的安寧，死神之翼將在它的頭上降臨?！?003年9月，全球現(xiàn)場直播埃及金字塔世界最古老石棺的考古挖掘進(jìn)程，可能揭開古埃及金字塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)

28、之謎。一個(gè)小機(jī)器人通過了埃及最大的金字塔內(nèi)一條狹窄的通道，試圖揭開4600年前的秘密。它的探秘之行以發(fā)現(xiàn)了又一道封閉的石門而告終。 小機(jī)器人挑戰(zhàn)法老咒語，代替科學(xué)家勇探胡夫金字塔內(nèi)部秘道。“金字塔漫游者”，511，地面探測雷達(dá)、超聲波傳感器（測石頭厚度）。5、傳感器在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用對人體的健康狀況進(jìn)行診斷需要進(jìn)行多種生理參數(shù)的測量。 國內(nèi)已經(jīng)成功地開發(fā)出了用于測量近紅外組織血氧參數(shù)的檢測儀器。人類基因組計(jì)劃的研究也大大促進(jìn)了對酶、免疫、微生物、細(xì)胞、DNA、RNA、蛋白質(zhì)、嗅覺、味覺和體液組份以及血?dú)?、血壓、血流量、脈搏等傳感器的研究。 醫(yī)學(xué)光纖流速傳感器熒光材料制作的電子鼻傳感器生物酶血樣

29、分析傳感器熱/光電量6、傳感器與航空及航天飛行器：控制在預(yù)定軌道上速度、加速度、飛行距離測量周圍環(huán)境、內(nèi)部設(shè)備監(jiān)控、本身狀態(tài)陀螺儀、陽光傳感器、星光傳感器、地磁傳感器航天7、傳感器與環(huán)境保護(hù) 保護(hù)環(huán)境和生態(tài)平衡，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必須進(jìn)行大氣監(jiān)測和江河湖海水質(zhì)檢測，需要大量用于污水流量、PH值、電導(dǎo)、濁度、COD、BOD、TP、TN、礦物油、氰化物、氨氮、總氮、總磷、金屬離子濃度特別是重金屬離子濃度以及風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、工業(yè)粉塵、煙塵、煙氣、SO2、NO、O3、CO等參數(shù)測量的傳感器，這些傳感器中大多數(shù)亟待開發(fā)。 NOX NO + NO2dust sootH2SH2OHC C-totalCO2 COO2 HCN HCl HF NH3 SO2 煙塵濁度測量8、傳感器與遙感技術(shù)飛機(jī)及航天飛行器：近紫外線、可見光、遠(yuǎn)紅外線、微